Geometric Graph Learning to Predict Changes in Binding Free Energy and Protein Thermodynamic Stability upon Mutation

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作者
Md. Masud Rana,Duc Duy Nguyen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:: 10870-10879
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c02679
摘要

Accurate prediction of binding free energy changes upon mutations is vital for optimizing drugs, designing proteins, understanding genetic diseases, and cost-effective virtual screening. While machine learning methods show promise in this domain, achieving accuracy and generalization across diverse data sets remains a challenge. This study introduces Geometric Graph Learning for Protein-Protein Interactions (GGL-PPI), a novel approach integrating geometric graph representation and machine learning to forecast mutation-induced binding free energy changes. GGL-PPI leverages atom-level graph coloring and multiscale weighted colored geometric subgraphs to capture structural features of biomolecules, demonstrating superior performance on three standard data sets, namely, AB-Bind, SKEMPI 1.0, and SKEMPI 2.0 data sets. The model's efficacy extends to predicting protein thermodynamic stability in a blind test set, providing unbiased predictions for both direct and reverse mutations and showcasing notable generalization. GGL-PPI's precision in predicting changes in binding free energy and stability due to mutations enhances our comprehension of protein complexes, offering valuable insights for drug design endeavors.
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